ANALYSE COMPARATIVE DES METHODES DE CALCUL DU TASSEMENT DES FONDATIONS SUR PILE

Melnikov Viktor Alekseevich 1, Alekseev Nikolay Sergeevich 2, Ionov Konstantin Igorevich 3
1 Établissement d'enseignement budgétaire de l'État fédéral d'enseignement professionnel supérieur Université polytechnique d'État de Saint-Pétersbourg, Ph.D., professeur agrégé
2 Établissement d'enseignement budgétaire de l'État fédéral d'enseignement professionnel supérieur Université polytechnique d'État de Saint-Pétersbourg, étudiant à la maîtrise
3 Établissement d'enseignement budgétaire de l'État fédéral d'enseignement professionnel supérieur Université polytechnique d'État de Saint-Pétersbourg, étudiant à la maîtrise

annotation
L'article traite de diverses méthodes de calcul du tassement des fondations sur pieux décrites dans les documents réglementaires - SNiP 2.02.03.-85 « Fondations sur pieux » et sa version mise à jour SP 24.13330.2011 « Fondations sur pieux ». Un calcul a été effectué pour des pieux suspendus en béton armé, de forme prismatique, de section carrée avec une extrémité pointue. L'impact central sans moment de flexion est considéré comme la charge. Une nouvelle méthode de calcul du tassement d'une fondation sur pieux constituée de groupes de pieux est envisagée. Les résultats obtenus ont été analysés et des conclusions ont été tirées sur cette base.

UNE ANALYSE COMPARATIVE DES MÉTHODOLOGIES DE CALCUL DES FONDATIONS DES PILES DE PRÉCIPITATIONS

Melnikov Victor Alekseevich 1 , Alekseev Nikolai Sergeyevich 2 , Ionov Konstantin Igorevich 3
1 VPO St. Université polytechnique d'État de Saint-Pétersbourg, Ph.D., professeur agrégé
2 VPO St. Université polytechnique d'État de Saint-Pétersbourg, premier cycle
3 VPO St. Université polytechnique d'État de Saint-Pétersbourg, premier cycle

Abstrait
L'article traite de différentes méthodes de calcul des fondations sur pieux à sédiments décrites dans la réglementation - SNIP 2.02.03.-85 "Fondations sur pieux" et la version mise à jour de son SP 24.13330.2011 "Fondations sur pieux". Le calcul pour suspendre des pieux en béton, une forme prismatique, une section carrée avec une extrémité pointue. La charge a subi un impact central sans moments de flexion. Une nouvelle méthode de calcul de la fondation sur pieux pluviométriques constituée d'un groupe de pieux. Les résultats sont analysés sur la base de leurs conclusions.

Lien bibliographique vers l'article :
Melnikov V.A., Alekseev N.S., Ionov K.I. Analyse comparative des méthodes de calcul du tassement des fondations sur pieux // Recherche scientifique moderne et innovation. 2015. N° 9. Partie 1 [Ressource électronique]..09.2017).

1. Introduction

Au stade actuel de développement des fondations, l'une des tâches principales est d'augmenter l'efficacité des solutions de conception, le développement de solutions économiquement rationnelles et compétitives.

Actuellement, la construction sur des sols faibles et saturés d'eau prend de l'ampleur, les constructeurs utilisant des sites auparavant reconnus par les géologues comme non rentables pour la construction de structures.

Dans des conditions techniques et géologiques difficiles, l’option sur pieux est souvent le seul type de fondation possible. Les fondations sur pieux sont utilisées dans les cas où les sols de fondation sont représentés par un remblai important, des dépôts limoneux, des sols cohésifs à l'état fluide et fluide-plastique, etc. .

Étant donné que le coût de construction de la partie souterraine du bâtiment peut atteindre 25 % du coût total, l'utilisation de fondations sur pieux plus économiques et industrielles peut réduire ces chiffres.

La réserve la plus importante pour augmenter l'efficacité des fondations sur pieux est d'améliorer la détermination de leur tassement au stade de la conception.

La complexité du fonctionnement d'un pieu dans le sol rend impossible la création d'une théorie mathématiquement rigoureuse de la fiabilité des calculs. Par conséquent, diverses méthodes de calcul technique sont utilisées. La littérature normative actuellement utilisée dans le domaine de la conception des fondations sur pieux contient des informations insuffisantes et permet d'obtenir des résultats ambigus.

Le but de ce travail est de comparer les résultats du calcul du tassement des fondations sur pieux d'un bâtiment à ossature dans des conditions géologiques données. Les paramètres du bâtiment et la section géologique sont supposés être les mêmes afin d'identifier l'influence des différentes approches théoriques du calcul du tassement dans SNiP 2.02.03.-85 « Fondations sur pieux » et SP 24.13330.2011 « Fondations sur pieux » (édition mise à jour) .

2. Calcul de la capacité portante des pieux
Les caractéristiques des sols et l'épaisseur des couches composant la fondation du sol d'une structure donnée sont présentées dans le tableau 1.

Tableau 1

	Nom du sol	Épaisseur de couche
	Terreau

Les calculs sont effectués pour deux groupes d'états limites : On considérera des pieux suspendus en béton armé, de forme prismatique, de section carrée avec une extrémité pointue. Dans ce cas, les dimensions de la section transversale sont prises à 40 x 40 cm, la longueur du pieu est de 13 m.

1) par capacité portante - par la résistance du matériau du pieu et du matériau du grillage (en fonction de la combinaison principale des charges de conception) ;
2) par déformations - par tassements des bases sur pieux et des fondations sur pieux dus à des charges verticales (pour la combinaison principale de charges standard).

Le pieu à l'intérieur et à l'extérieur de la fondation doit être calculé en fonction de la capacité portante des sols de fondation en fonction des conditions :

où N est la charge de conception transmise au pieu (la force longitudinale qui y résulte des charges de conception agissant sur la fondation avec leur combinaison la plus défavorable) ;

F d - la capacité portante calculée du sol à la base d'un seul pieu, ci-après dénommée la capacité portante du pieu ;
- coefficient des conditions de travail, tenant compte de l'augmentation de l'uniformité des conditions du sol lors de l'utilisation de fondations sur pieux, pris égal à 1,15 pour les pieux en grappes ;
- coefficient de fiabilité pour la destination (responsabilité) de l'ouvrage, pris égal à 1,15 ;
- nous prendrons le coefficient de fiabilité égal à 1,4, puisque la capacité portante du pieu est déterminée par calcul.
Capacité de charge F d , un pieu battu suspendu, battu sans excavation, fonctionnant sous une charge de compression, doit être déterminé comme la somme des forces de la résistance calculée des sols de fondation sous l'extrémité inférieure du pieu et sur sa surface latérale selon la formule :

(2)

où c - coefficient de conditions opératoires du pieu dans le sol, accepté c = 1 ;
R.- résistance du sol calculée sous l'extrémité inférieure du pieu, prise selon le tableau (tableau 7.2) : R = 5360 kPa ;
UN- surface d'appui du pieu au sol, m 2 , pris égal à l'aire de la section transversale du pieu :UN=0,16 m2 ;
toi- périmètre extérieur de la section transversale du pieu, m :toi=1,6 m;
Fje- résistivité de la ième couche de sol de fondation sur la surface latérale du pieu, prise selon le tableau (Tableau 7.3) en fonction de la profondeurHjeet le type de sol à cette profondeur ;
Hje- profondeur d'immersion du milieu de la i-ème section homogène de sol ;
hje- épaisseur de la ième couche de sol en contact avec la surface latérale du pieu, m ;
CR , cf- coefficients des conditions d'exploitation du sol, respectivement, sous l'extrémité inférieure et sur la surface latérale du pieu, prenant en compte l'influence du mode de battage du pieu sur la résistance calculée du sol (Tableau 7.4) :.
Définissons Fje Et et résumer les résultats dans le tableau 2 :
Tableau 2

	hje, m	Hje, m	Fje, kPa
		10,0
		11,5	67,1
		12,5	68,5

D'après la formule (2.2) :
Nous n'avons pas de moments de flexion, c'est-à-dire La fondation sur pieux fonctionne dans des conditions de chargement central. Ensuite, la charge transférée à un pieu sera déterminée par la formule :

(3)

Remplacement Nen formule 1, on obtient :

Nous supposons que le nombre de pieux est de 6.

La pose des pieux s'effectue en tenant compte de leur influence mutuelle selon la condition :
distance entre les axes de deux pieux adjacents :

Où d– dimension linéaire de la section transversale du pieu ;
distance de l'axe du pieu le plus extérieur au bord du grillage :

Ensuite les dimensions finales du grillage sont :

3. Calcul du tassement des fondations sur pieux.

Le calcul des pieux et des fondations sur pieux basé sur les déformations doit être effectué à condition que les tassements du bâtiment ne dépassent pas les valeurs maximales admissibles :

s ≤ stoi, (4)

Où s- déformation conjointe du pieu, de la fondation sur pieux et de la structure (tassement, mouvement, différence relative de tassement des pieux, fondations sur pieux, etc.), déterminée par calcul ;
stoi- la valeur limite de déformation combinée de la base du pieu, de la fondation sur pieux et de la structure, établie selon les instructions du SNiP.Implantation d'une fondation sur pieux en tant que fondation conditionnelle Le calcul du tassement des fondations en tant que méthode conditionnelle est la seule méthode de détermination du tassement dans le SNiP 2.02.03-85. La méthode de sommation couche par couche est que le tassement du sol sous l'influence de la charge de la structure est déterminé comme la somme des tassements de couches élémentaires de sol d'une telle épaisseur pour laquelle les valeurs moyennes de la les contraintes effectives et les valeurs moyennes des coefficients caractérisant les sols peuvent être prises en compte dans les calculs sans erreur importante.

La détermination du tirant d'eau s'effectue dans l'ordre suivant :
1. Construire un diagramme de répartition des contraintes à partir du poids propre du bâtiment :

(5)

Où - stress au sein du fondement conditionnel ;
- les contraintes au-delà de la hauteur de la fondation conditionnelle ;

2. Construire un diagramme de contraintes supplémentaires.

Nous utilisons des expressions :

(6)

où α – coefficient dépendant de la forme de la base de la fondation et des coordonnées.
p – la valeur de la pression moyenne le long de la base de la fondation.

3. Détermination graphique de la valeur de la zone compressible Hсж = 4,84 m (Fig. 2)

4. Détermination graphique de la valeur moyenne de la pression dans la zone -.

5. Détermination du montant du tassement de chaque couche à l'aide de la formule :

(6)

où est le coefficient sans dimension égal à 0,8 ;
- la valeur de la contrainte moyenne dans la ième couche de sol ;
- épaisseur de la ième couche ;
- module de déformation de la ième couche.

La profondeur de la zone active de compression correspond à la profondeur en dessous de laquelle les déformations de l'épaisseur du sol (lors du calcul du tassement d'une fondation de dimensions données) peuvent être négligées.

Figure 1. Détermination de la profondeur de la zone comprimée

7. Vérification de la valeur de règlement résultante selon la condition (4) :

S=3,7 cm S u = 8 cm, – la condition est remplie.

Le principal inconvénient de cette méthode est qu’elle ne prend pas en compte l’influence mutuelle des pieux dans la brousse.

Calcul du tassement des buissons de pieux selon SP 24.13330.2011
En 2011, une édition mise à jour et harmonisée du SNiP 2.02.03.-85 a été publiée. Comme analogue à ce document réglementaire, la norme européenne EN 1997-1:2004 (E) « Eurocode 7 » : Conception géotechnique - Partie 1 : Règles générales a été adoptée.
L'un des ajouts était une nouvelle méthode de calcul du tassement des fondations sur pieux. Le tassement d'un seul pieu est déterminé en tenant compte du module de cisaillement, comme dans l'annexe du SP 50-102-2003, et de nouvelles méthodes sont présentées pour déterminer le tassement d'un groupe de pieux. Des limites d'applicabilité ont également été introduites - les sédiments d'un petit groupe (n≤25) et d'un grand champ de pieux sont déterminés différemment.

Lors du calcul du tassement d'un petit groupe de pieux, il est nécessaire de prendre en compte leur influence mutuelle. Le calcul du tassement du i-ème pieu dans un groupe de n pieux avec une répartition connue des charges entre les pieux est effectué selon la formule :

(7)

Où S(N) - tassement d'un seul pieu ;
δ je- coefficients calculés en fonction de la distance entreje e et j les pieux ;
j- J'empile.
Le tassement d'un seul pieu sans élargissement du talon est déterminé par la formule :

Où NN= 0,967 MN ;
- coefficient déterminé par la formule :

(9)

ici = 0,17 ln(k ν g 1 l/G 2 d)- coefficient correspondant à un pieu absolument rigide ;
= 0,17 dans(k ν 1 j/j)- le même coefficient pour le cas d'une base homogène avec les caractéristiquesg 1 et ;
= EA/G 1 je 2 - rigidité relative du pieu;
E.A.- rigidité en compression du fût du pieu, MN ;
- un paramètre caractérisant l'augmentation du tassement dû à la compression du fût et déterminé par la formule :

(10)

Où k ν , k ν 1 - coefficients déterminés par la formule :
m.

4. Conclusions

Les études de calcul réalisées permettent de tirer les conclusions suivantes :

Le tassement d'une fondation sur pieux calculé selon SP est moins important que le tassement calculé selon SNiP. Cela permet de concevoir un bâtiment à ossature d'une structure plus fiable.

Le calcul selon la coentreprise permet également de réaliser des économies en utilisant des solutions de conception rationnelles.

Il convient toutefois de noter que ces calculs comparatifs sont valables pour certaines conditions géologiques.

5. Conclusion

Il est à noter que les résultats obtenus concernent des groupes de bases dans lesquels la capacité portante est assurée à la fois par la surface latérale et par la pointe. Un calendrier typique pour l'exploitation d'un pieu dans une telle fondation est illustré à la Fig. 3 (courbe I).

Figure 3. Calendriers typiques d'exploitation des pieux

Dans les fondations en sol faible, la capacité portante du pieu est déterminée par le travail de sa surface latérale (courbe II). Le point de rupture sur le graphique définit clairement la charge maximale sur le pieu.

Dans la plupart des cas, les performances des pieux sont caractérisées par des graphiques situés entre les courbes du premier et du deuxième type.

En utilisant les courbes de type I, il est presque impossible de trouver les valeurs de résistance maximale des pieux. Et la question de la détermination de leur capacité portante est purement théorique, puisque la fonctionnalité est limitée par des déformations qui se produisent bien avant l'application des charges maximales.

D'autre part, il est connu que les tassements de pieux soumis à une charge à long terme peuvent être plusieurs fois supérieurs aux tassements dus à l'action de la même charge lors d'essais statiques à court terme. Par conséquent, lors du calcul des tassements finaux, il est nécessaire d'utiliser les modules de déformation et les caractéristiques de résistance des sols obtenus lors d'expériences avec des charges à long terme.

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